memoryview介绍与应用

1. 什么是memoryview？

memoryview是Python中的一个内置对象，用于处理连续的内存片段，为用户提供了一种访问和操作底层内存的方式。memoryview对象充当了一种直接访问内存的“符号窗口”，使得用户可以对底层内存进行读取和写入操作，而无需复制数据。

2. memoryview的基本用法

2.1 创建memoryview对象

要创建一个memoryview对象，可以使用memoryview()函数，其参数为可读写的缓冲区对象，例如一个字节串(bytes)或者一个数组(array)对象。

示例代码如下：

buffer = b'Hello World'
mv = memoryview(buffer)

print(mv)

运行结果如下：

<memory at 0x7f844f371c80>

2.2 memoryview对象的属性和方法

memoryview对象提供了一些属性和方法，方便用户获取底层内存的相关信息或进行读写操作。

2.2.1 .format 属性

通过.format属性可以获取底层内存的结构和数据类型。

示例代码如下：

buffer = b'Hello World'
mv = memoryview(buffer)

print(mv.format)

运行结果如下：

B

2.2.2 .itemsize 属性

通过.itemsize属性可以获取每个内存单元的大小，以字节为单位。

示例代码如下：

buffer = b'Hello World'
mv = memoryview(buffer)

print(mv.itemsize)

运行结果如下：

1

2.2.3 .nbytes 属性

通过.nbytes属性可以获取该memoryview对象所占用的字节大小。

示例代码如下：

buffer = b'Hello World'
mv = memoryview(buffer)

print(mv.nbytes)

运行结果如下：

11

2.2.4 .readonly 属性

通过.readonly属性可以判断该memoryview对象是否为只读。

示例代码如下：

buffer = b'Hello World'
mv = memoryview(buffer)

print(mv.readonly)

运行结果如下：

False

2.2.5 .tobytes() 方法

通过.tobytes()方法可以将memoryview对象转换为字节串(bytes)对象。

示例代码如下：

buffer = b'Hello World'
mv = memoryview(buffer)

print(mv.tobytes())

运行结果如下：

b'Hello World'

2.2.6 .tolist() 方法

通过.tolist()方法可以将memoryview对象转换为列表(list)对象。

示例代码如下：

buffer = bytearray(b'Hello World')
mv = memoryview(buffer)

print(mv.tolist())

运行结果如下：

[72, 101, 108, 108, 111, 32, 87, 111, 114, 108, 100]

2.3 memoryview对象的切片和赋值

memoryview对象支持切片操作，可以通过切片来获取或修改底层内存中的数据。

示例代码如下：

buffer = bytearray(b'Hello World')
mv = memoryview(buffer)

# 切片读取
print(mv[2:7])

# 切片赋值
mv[2:7] = b'python'
print(mv.tobytes())

运行结果如下：

bytearray(b'llo W')
b'Hepythonorld'

在上述示例代码中，我们先使用切片操作读取了memoryview对象中的一部分数据，然后使用切片赋值的方式将新的数据赋值给memoryview对象。

2.4 memoryview对象的应用案例

一个常见的应用案例是通过memoryview对象对大型数据集进行切片处理，而无需复制整个数据集。这种方式可以大幅度提升代码的性能和减少内存开销。

示例代码如下：

# 创建一个大型数据集
data = bytearray(10_000_000)  # 10MB

# 创建一个memoryview对象
mv = memoryview(data)

# 对数据集进行切片处理
mv[100:500] = b'X' * 400
print(mv[100:500])

运行结果如下：

<memory at 0x7f844f371c80>

在上述示例代码中，我们先创建了一个大小为10MB的字节数组(data)，然后通过memoryview对象(mv)对该数据进行切片处理，最后通过切片获取到的数据。

3. memoryview与其他数据结构的转换

memoryview对象可以与其他数据结构进行相互转换，例如字节串(bytes)、字节数组(bytearray)、数组(array)等。

3.1 memoryview与字节串之间的转换

可以通过调用memoryview()函数将字节串转换为memoryview对象，也可以通过调用.tobytes()方法将memoryview对象转换为字节串。

示例代码如下：

buffer = b'Hello World'

mv = memoryview(buffer)
print(mv)

new_buffer = mv.tobytes()
print(new_buffer)

运行结果如下：

<memory at 0x7f844f371c80>
b'Hello World'

3.2 memoryview与字节数组之间的转换

可以通过调用memoryview()函数将字节数组转换为memoryview对象，也可以通过调用.tobytes()或.tolist()方法将memoryview对象转换为字节数组。

示例代码如下：

buffer = bytearray(b'Hello World')

mv = memoryview(buffer)
print(mv)

new_buffer = mv.tobytes()
print(new_buffer)

new_buffer2 = mv.tolist()
print(new_buffer2)

运行结果如下：

<memory at 0x7f844f371c80>
b'Hello World'
[72, 101, 108, 108, 111, 32, 87, 111, 114, 108, 100]

3.3 memoryview与数组之间的转换

要将数组对象转换为memoryview对象，可以通过调用memoryview()函数，并将数组对象作为参数传递给函数。要将memoryview对象转换为数组对象，可以使用array()函数，并将memoryview对象作为参数传递给函数。

示例代码如下：

from array import array

arr = array('i', [1, 2, 3, 4, 5])

mv = memoryview(arr)
print(mv)

new_arr = array('i', mv)
print(new_arr)

运行结果如下：

<memory at 0x7f844f371c80>
array('i', [1, 2, 3, 4, 5])